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Derivados de los ácidos
carboxílicos
DR. CARLOS ANTONIO RIUS ALONSO
DEPTO. DE QUIMICA ORGANICA
FACULTAD DE QUIMICA
UNAM
SEPTIEMBRE 2007
Protonación de una amida.
Se requiere un ácido fuerte concentrado para protonar una
amida. La protonación se produce en el átomo de oxígeno
del grupo carbonilo en lugar de hacerlo en el nitrógeno.
Como se puede observar por las formas de resonancia, el
enlace entre el carbono y el hidrógeno tiene carácter de doble
enlace.
Estructuras electrónicas del acetonitrilo y del
propino.
Comparación de las estructuras electrónicas del acetonitrilo y del propino
(metilacetileno). En los dos compuestos, los átomos que forman los
extremos del triple enlace tienen hibridación sp y los ángulos de enlace son
de 180°. En lugar del átomo de hidrógeno acetilénico, el nitrilo tiene un par
solitario de electrones en el orbital sp del nitrógeno.
Los electrones no enlazantes del nitrógeno no son básicos
Puntos de ebullición de los derivados de ácido
carboxílico.
Representación de los
puntos de ebullición de los
derivados de ácido frente a
sus masas moleculares. Se
incluyen los alcoholes y los
alcanos lineales como
referencia para la
comparación.
Las amidas tienen puntos
de ebullición más
elevados que el ácido, los
nitrilos, los ésteres y los
cloruros de ácido.
Fuerzas intermoleculares de las amidas.
La representación de las formas resonantes de una amida justifica su fuerte
naturaleza polar. Los enlaces de hidrógeno y las atracciones dipolares estabilizan la
fase líquida, por lo que los puntos de ebullición son más altos.
Las amidas tienen puntos de ebullición más altos que los ácidos carboxílicos de
pesos moleculares parecidos
Absorciones de tensión IR características de
derivados de ácidos.
Los cloruros de ácido, anhídridos, nitrilos y ésteres tienen frecuencias C=O por
encima de 1710 cm-1.
Espectros infrarrojos de octanoato de etilo
La frecuencia de tensión del grupo carbonilo de los ésteres
sencillos se encuentra alrededor de 1735 cm-1.
Frecuencias IR de las lactonas y las lactamas
La tensión de anillo en una lactona o lactama aumenta la
frecuencia de tensión del grupo carbonilo.
Espectro de infrarrojo del anhídrido propiónico.
Espectro de infrarrojo del anhídrido propiónico; presenta absorciones de tensión
C=O a 1818 y 1751 cm-1.
Absorciones características de derivados de ácido en
el espectro de RMN de protón.
La absorción de un protón de amida es variable y depende de
la concentración de la muestra y del disolvente utilizado.
Reactividad de los derivados de ácido
La reactividad de los derivados de ácido respecto al ataque nucleofílico
depende de su estructura y de la naturaleza del nucleófilo atacante.
Los cloruros de ácido son los derivados más reactivos, mientras que el ión
carboxilato es el derivado menos reactivo.
Interconversión de los derivados de ácido
Los derivados de ácido más
reactivos se transforman
fácilmente en derivados menos
reactivos
Sólo un ácido carbixílico se
puede transformar en un
intermedio más reactivo (el
cloruro de acilo) mediante una
reacción con cloruro de tionilo.
Síntesis de los anhídridos
Transformación de un cloruro de acilo en un anhídrido.
La reacción de un cloruro de acilo con un ácido da lugar al
anhídrido
Síntesis de los ésteres
Transformación de un cloruro de ácido en un éster.
El ataque nucleofílico del alcohol sobre el cloruro de ácido
produce el éster.
Síntesis de amidas.
Transformación de un cloruro de ácido en una amida.
La adición de dos equivalentes de amina al cloruro de
ácido producirá la amida.
Síntesis de ésteres.
Transformación de un anhídrido de ácido en un éster
El ataque del alcohol sobre cualquier carbonilo producirá una
molécula de éster y una molécula de ácido carboxílico
Síntesis de amidas
Transformación de un anhídrido de ácido en una amina.
Dependiendo de la amina utilizada, el producto puede ser una
amina secundaria o terciaria.
Amonólisis de un éster
Transformación de un éster en una amida.
La reacción de amoniaco o de una amina primaria con un
éster produce un equivalente de amida y un equivalente de
alcohol.
SN2 frente a adición-eliminación del grupo acilo.
Comparación de
reacciones SN2 y
adición-eliminación
del grupo acilo con el
metóxido como grupo
saliente.
La reacción SN2 tiene un
mecanismo concertado,
mientras que la
sustitución en el grupo
acilo tiene un
mecanismo de dos pasos
con un segundo paso
exotérmico.
Reacción de transesterificación
Cuando un éster se trata con un alcohol diferente en presencia de un
catalizador ácido, los dos grupos alcohol se pueden intercambiar. Se
produce un equilibrio que puede estar desplazado hacia el éster que se
desee obtener utilizando un gran exceso de alcohol deseado o eliminando el
otro alcohol.
La transesterificación también se puede producir bajo condiciones básicas
utilizando un alcóxido.
Hidrólisis de haluros de ácido.
La hidrólisis de un haluro de ácido o de un anhídrido
generalmente es una reacción colateral no deseada que se
produce si en el medio de reacción hay humedad.
El agua ataca al carbonilo desplazando el haluro y dando lugar,
después de la desprotonación, al ácido carboxílico
Hidrólisis de ésteres: saponificación.
El jabón se obtiene a partir de la hidrólisis básica de las
grasas, que son ésteres de ácidos carboxílicos de cadena larga
(ácidos grasos) con glicerol.
El hidróxido de sodio se utiliza para la reacción
Hidrólisis básica de amidas.
Las amidas son los derivados de ácido más estables; para su hidrólisis
se requieren condiciones más fuertes que para la hidrólisis de un éster
El ión hidróxido ataca al carbonilo
formando un intermedio tetraédrico. El
desplazamiento del grupo amino produce
el ácido carboxílico. La amina actúa como
una base y desprotona el ácido.
El ión hidróxido ataca al carbonilo formando un intermedio tetraédrico.
El desplazamiento del grupo amino produce el ácido carboxílico. La
amina actúa como una base y desprotona el ácido.
Hidrólisis ácida de una amida
En condiciones ácidas, el mecanismo de la hidrólisis de una
amida requiere un calor prolongado en HCl 6 M
En condiciones ácidas, el mecanismo de hidrólisis de amidas
se parece al de la hidrólisis de un éster
Hidrólisis de nitrilos
Los nitrilos se hidrolizan a amidas y posteriormente a ácidos carboxílicos,
calentándolos con una disolución acuosa ácida o básica. Si las condiciones son
suaves, el nitrilo sólo se hidroliza a amida. Condiciones de reacción más fuertes
pueden hidrolizarlo hasta ácido carboxílico.
El hidróxido ataca al carbono del nitrilo.
Hidrólisis ácida de nitrilos.
Los nitrilos se hidrolizan a amidas, y posteriormente a ácidos carboxílicos,
calentándolos con una disolución acuosa ácida o básica. Si las condiciones son
suaves, el nitrilo sólo se hidroliza a amida. Condiciones de reacción más fuertes
pueden hidrolizarlo hasta ácido carboxílico.
En condiciones ácidas, en primer lugar se protona el nitrilo, activándolo hacia el
ataque por el agua
Reducción de un éster por un hidruro.
Tanto los ésteres como los cloruros de ácido reaccionan mediante un
mecanismo de adición-eliminación para dar lugar a un aldehído, que
rápidamente se reduce a un alcóxido. En un segundo paso, se añade ácido
diluido para protonar el alcóxido.
La reducción de los ácidos carboxílicos, ésteres y cloruros de ácido con
LiAlH4 produce alcoholes primarios
Síntesis general de anhídridos.
El método más generalizado para la obtención de anhídridos es la
reacción de un cloruro de ácido con un ácido carboxílico o una sal
carboxilato
La piridina algunas veces se utiliza para desprotonar el ácido y formar el
carboxilato. El carboxilato ataca al carbono carbonilo, formando el intermedio
tetraédrico. La expulsión del cloruro da lugar al anhídrido.
Acilación de Friedel-Crafts con anhídridos
Al igual que los cloruros de ácido, los anhídridos participan en la acilación de
Friedel-Crafts. El catalizador puede ser cloruro de aluminio, ácido polifosfórico
(APF) u otros ácidos
La utilización de un anhídrido cíclico permite que sólo uno de los grupos ácidos
reacciones, dejando libre el segundo grupo ácido para experimentar reacciones
posteriores
Anhídrido acético fórmico.
El anhídrido acético fórmico, obtenido a partir de formiato de
sodio y cloruro de acetilo, reacciona principalmente a través
del grupo formilo
Los grupos formilo son más electrofílicos debido a la falta
de grupos alquilo
Ácido L-ascórbico y eritromicina.
Las lactonas son frecuentes entre los productos naturales. En
soluciones ácidas, el ácido ascórbico es una mezcla en
equilibrio de las formas cíclica y acíclica, pero predomina la
forma cíclica.
Por ejemplo, el ácido L-ascórbico (vitamina C) es necesaria
en la dieta humana para evitar la enfermedad del tejido
conectivo conocida como escorbuto.
Deshidratación de amidas a nitrilos.
Los agentes deshidratantes fuertes pueden eliminar agua de
las amidas primarias para formar nitrilos.
El oxicloruro de fósforo (POCl3) o el pentóxido de fósforo
(P2O5) se suelen utilizar como agentes
Formación de lactamas.
Las lactamas de cinco miembros (γ-lactamas) y de seis miembros (δ-lactamas) se
suelen obtener calentando o añadiendo un agente deshidratante a los γaminoácidos o δ-aminoácidos correspondientes
La formación de anillos de cinco o seis miembros se ve favorecida.
β-lactamas
Las β-lactamas son amidas con una reactividad inusual, son
capaces de acilar una amplia variedad de nucleófilos. La
tensión de un anillo de cuatro miembros parece ser la
responsable de la reactividad de las β-lactamas.
El anillo de β-lactamas se encuentra en las penicilinas,
cefalosporinas y carbapenemos.
Penicilina V, Keflex y Primaxin.
El anillo de β-lactama se encuentra en tres clases importantes
de antibióticos: las penicilinas, las cefalosporinas y los
carbapenemos.
Estos antibióticos aparentemente funcionan interfiriendo en
las síntesis de las paredes celulares de las bacterias
Función de las β-lactamas
Los antibióticos de β-lactámicos actúan acilando e
inactivando uno de los enzimas que se necesitan para
construir la pared celular de la bacteria.
La enzima acilada es inactiva
Traslapamiento en la resonancia de un éster y un
tioéster.
El traslapamiento en la resonancia de un tioéster no es tan
efectivo como en un éster
El distinto tamaño de los orbitales p o del azufre y del
oxígeno previenen un solapamiento efectivo
Estructura de la coenzima A (CoA).
La coenzima A (CoA) es un tiol cuyos tioésteres actúan como reactivos
bioquímicos de transferencia del grupo acilo. El acetil-CoA transfiere un grupo
acetilo a un nucleófilo, actuando el coenzima A como grupo saliente.
Los tioésteres no tienden tanto a la hidrólisis porque son excelentes reactivos
acilantes selectivos; por tanto, los tioésteres son agentes acilantes comunes en los
seres vivos.
Síntesis de los ésteres de carbamato a partir de
isocianatos.
Otra forma de obtener uretanos es el tratamiento de un alcohol o un fenol
con un isocianato, que es formalmente un anhídrido del ácido carbámico.
A pesar de que el ácido carbámico es inestable, el uretano es estable
Ésta es la forma de obtener el insecticida Sevin
Síntesis de policarbonatos
Los policarbonatos son polímeros enlazados mediante la unión
carbonato
El diol que se utiliza para la obtención de Lexan es un fenol denominado
bisfenol A, intermedio frecuente en la síntesis de poliésteres y
poliuretanos.
Síntesis de los poliuretanos.
Un poliuretano se obtiene cuando un diol reacciona con un
diisocianato, que es un compuesto con dos grupos isocianato
La reacción del diisocianato de tolileno con etilenglicol
produce una de las formas más frecuentes de los
poliuretanos